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  • 计算机专业考研复试面试----计算机组成原理

     

    1.主要技术指标


    机器字长:CPU一次能处理数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。

    指令字长:计算机指令字的位数。

    数据字长:计算机数据存储所占用的位数。

    存储字长:存储器中一个存储单元(存储地址)所存储的二进制代码的位数,即存储器中的MDR的位数。

    由存储字长的问题继续延伸,要求会计算存储器容量。

    2,计算机如何区分同存于存储器的指令和数据。

    计算机区分指令和数据有以下2种方法:

    通过不同的时间段来区分指令和数据,即在取指令阶段(或取指微程序)取出的为指令,在执行指令阶段(或相应微程序)取出的即为数据。

    通过地址来源区分,由PC提供存储单元地址的取出的是指令,由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。

    3.总线带宽:可理解为总线的数据传输速率,即单位时间内总线上传输数据的位数,通常单位为每秒传输的字节数,如MBps(兆字节每秒)。

    4.总线判优

    总线需要判优的原因或目的。

    为了解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题;

    3种总线判优的方法:链式查询、计数器定时器查询、独立请求;

    链式查询和计数器定时查询都是按照顺序查询,所以速度比较慢,

    独立请求方式的判优控制,在总线控制部件里面有一个排队器,优先级高的优先获得应答,获得占用总线的使用权。但是这种方法用的线数比较多。


    特点:
    链式查询:连线简单,易于扩充,对电路故障最敏感;
    计数器定时查询:优先级设置较灵活,对电路故障不敏感,连线及控制过程较复杂;
    独立请求:判优速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高。

     5.通信方式

    同步、异步:
    指的是能否再开启新的线程。同步不能开启新的线程,异步可以。
    串行、并行:
    指的是任务的执行方式。

    串行是指多个任务时,各个任务按顺序执行,完成一个之后才能进行下一个。

    并行指的是多个任务可以同时执行。异步是多个任务并行的前提条件。

    并发:在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行,但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。
    并行:在操作系统中,一组程序按独立异步的速度执行,无论从微观还是宏观,程序都是一起执行的。

    PS: 并发(针对一个处理器)和并行(针对多个处理器而言)的区别就是一个人同时吃三个馒头和三个人同时吃三个馒头;

    1)基本概念

        1. 并发:在操作系统中,是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且这几个程序都是在同一个处理机上运行。其中两种并发关系分别是同步和互斥
        2. 互斥:进程间相互排斥的使用临界资源的现象,就叫互斥。
        3. 同步:进程之间的关系不是相互排斥临界资源的关系,而是相互依赖的关系。

    进一步的说明:就是前一个进程的输出作为后一个进程的输入,当第一个进程没有输出时第二个进程必须等待。
        4. 并行:在单处理器中多道程序设计系统中,进程被交替执行,表现出一种并发的外部特征;在多处理器系统中,进程不仅可以交替执行,而且可以重叠执行。在多处理器上的程序才可实现并行处理。从而可知,并行是针对多处理器而言的。并行是同时发生的多个并发事件,具有并发的含义,但并发不一定并行,也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生

        5. 多线程:多线程是程序设计的逻辑层概念,它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。

        6. 异步:异步和同步是相对的,同步就是顺序执行,执行完一个再执行下一个,需要等待、协调运行。

            异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事,不需要等待这一事件完成后再工作。

    5.ARP协议的作用

    将IP地址通过广播目标MAC地址,解析目标IP地址的MAC地址。

     ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和MAC地址的映射关系。

    如果所找的主机和原主机不在同一个局域网上,那么就要通过ARP找一个位于本局域网上的某个路由器的MAC地址,

    然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。

    6.寻址方式:确定本条指令的操作数地址和下一跳要执行指令的指令地址。

    寻址方式:

    指令寻址:程序顺序寻址 (PC)+1——>PC给出下一条指令地址 

         程序跳跃寻址  由转移指令(JMP):给出下一跳的指令地址

    数据寻址:立即寻址 间接寻址 直接寻址 隐含寻址 寄存器寻址 寄存器间接寻址 基址寻址 变址寻址 相对寻址 堆栈寻址

    7.CPU的功能:指令控制 操作控制 时间控制 处理中断 数据加工。

    控制器:取指令 分析指令 执行指令 控制程序的输入和输出 处理异常情况和特殊情况。

    运算器:实现算术运算和逻辑运算。

    8.指令周期取出指令并执行指令所需要的时间。

    9.引起中断的原因:人为设置的中断、程序事故、硬件故障、I/O设备、外部事件(用键盘中断)

    一般来说,外部中断主要有以下几种:

    一、I/O设备请求中断:如显示器、键盘、打印机等。

    二、数据通道中断:软盘、硬盘、光盘等。

    三、实时时钟请求中断:如外部的定时电路等。

    四、人为设置的中断:如掉电、奇偶校验错误等。

    产生于CPU内部的中断源有几种:

    一、由CPU得运行结果产生:

    如除数为0、结果溢出、单步执行等。

    二、执行中断指令INT:INT3

    三、非法操作或指令引起异常处理

    10.计算机的工作步骤:建立数学模型 确定计算方法 编写解题程序

    11.系统总线:数据总线(双向的)、地址总线(单向的)、控制总线。

    12.指令是由 操作码和地址码组成。地址码表示下一跳要执行指令的地址。

    13.计算机系统由ALU、CU、主存和辅存 输入输出设备 组成。

    14.MAR:地址寄存器 反应存储单元个数

    MDR:数据寄存器 反应存储单元的字长。

    存储容量=存储单元X存储字长

    存储单元:假如有n条地址线 那么一共有2^n次方个存储单元

    存储字长:X位。

    15.总线的传输周期:申请分配阶段——>寻址阶段——>传输阶段——>结束阶段

    16总线的通信方式:同步、异步、半同步、分离式通信。

    17存储器分为:主存储器、flash memory、高速缓冲存储器cache、辅助存储器

    芯片包括: 地址线,数据线(i/o),读写信号线(WE),片选信号线(CS)

    18.存储器的存储结构,为什么要分层?高速缓冲存储器-------主存储器(SRAM+DRAM)---------辅助存储器

    把两个或者多个存储器介质用软件、硬件、软硬结合的方式把他们连接成一个整体,使得从某一级程序员的角度去看这个整体,具有高速度、大容量、低价格。

    19.cache高速缓冲存储器主要解决的是cpu和存储体之间速度不匹配的问题。保证大多数情况 cache高速缓冲存储器都能满足CPU所要获取的指令。

    20. cache——主存   的地址映射方式:直接映射、全相联映射(主存块放在cache中的任意位置,一对多)、组相联映射(既包括直接映射可以放到指定的某个组,即直接映射,并且可以和组内的每个任意块相连,即全相联映射)

    21.汉明码的原理————>纠错 和检错。

    22.存储器的技术指标:存储容量 存储带宽 存储速度

    23.存储器容量的扩展:字扩展 位扩展 字位扩展

    24.存储芯片片选线的作用:用16k X 1位的存储芯片 组成64K X 8 位的存储器。需要4组 每组都需要有8片 16k X1位的芯片。

    25.cache的命中率:与cache的容量与块长有关,即CPU欲访问的信息在cache中的比率。

    e  =  访问cache的时间/平均访问时间 X100%(在访问cache的同时也在访问内存)

     cache是如何起作用的?-----》CPU输出存储单元地址给内存cache拦截地址并分析,判断该存储单元是否在cache中,如果在,cache直接送给cpu,如果不在,CPU再去主存中读取。CPU去主存中读取存储单元时,不仅把该存储单元取出,同时还把该存储单元附近的一块数据取出,送给cache,以便CPU顺序读取下一存储单元时,直接在cache中读取。

    26.简述中断服务程序的流程保护现场、中断服务、恢复现场、中断返回。

    27.DMA的数据传输过程:预处理 数据处理 后处理

    28从多个维度比较三种I/O设备与主机信息传送的控制方式。

    程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道控制方式

     程序查询方式:

    由CPU通过程序不断查询I/O设备是否准备就绪,从而控制I/O设备与主机交换信息。采用这种方式实现主机与I/O设备交换信息,

    要求I/O接口类设置一个能反映I/O设备是否准备就绪的状态标记,CPU通过对此标记的检测,可得知I/O设备的准备情况。
    只要一启动I/O设备,CPU便不断查询I/O设备的准备情况,从而中止了原程序的执行。CPU在反复的查询过程中,犹如原地踏步

    另一方面,I/O设备准备就绪后,CPU要一个字一个字地从I/O设备取出,经CPU送至主存,此刻CPU也不能执行原程序,可见这种方式使CPU和I/O设备处于串行工作状态,CPU的效率不高。

    ② 程序中断方式

    只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应,这将大大提高CPU的工作效率。
    采用这种方式,CPU和I/O接口不仅在硬件方面需要增加相应的电路,而且在软件方面还必须编制中断服务程序。

    而且CPU在响应中断请求后,必须停止现行程序而转入中断服务程序,并且为了完成I/O设备与主存交换信息,还必须占用CPU内部的寄存器,消耗CPU的资源。

    ③ 直接存储器(DMA)方式  

    介绍一下DMA到底是什么?

    ----->DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问) DMA控制器获得总线控制权后,CPU即刻挂起或只执行内部操作,由DMA控制器输出读写命令,直接控制RAM与I/O接口进行DMA传输。

    主存与I/O设备间有一条数据通路,主存和I/O设备交换信息时,无需调用中断服务程序。若出现DMA和CPU同时访问主存,CPU总是将总线占有权让给DMA,通常把DMA的这种占有称为窃取或挪用。

    而且,在DMA窃取存取周期时,CPU尚能继续做内部操作(不需要访存的操作,如乘法运算)。

    ④ 通道控制方式:通道也称为外围设备处理器、输入输出处理机,本质上是一个处理器,但通道执行的指令是与外部设备相关的指令。通道控制方式是一种实现主存与I/O设备进行直接数据交换的控制方式,

    与DMA控制方式相比,通道所需要的CPU控制更少,一个通道可以控制多个设备,并且能够一次进行多个不连续的数据块的存取交换,从而大大提高了计算机系统效率。

     

     29.存储器基本结构:

    存储体

    地址寄存器

    地址译码器

    数据缓冲寄存器

    读写控制线路

     30.RISC指令系统是CISC指令系统的改进,他最大的特点是:

    ①指令条数少②指令长度固定,指令格式和寻址种类少③只有取数和存数指令访问存储器,其余指令的操作均在寄存器之间执行。

    31.控制器的基本结构

    程序计数器PC、指令寄存器IR、操作码译码器、控制信号产生器、时序信号产生器

    32.CPU中的主要寄存器,用来暂时存放数据的逻辑部件。

    ①累加寄存器AC②状态寄存器PSW③指令寄存器IR④程序计数器PC⑤地址寄存器MAR⑥数据寄存器MDR

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